賀漫

某型精密設(shè)備包裝箱橡膠密封條的改進(jìn)研究

賀漫

（山東省青島市,266000）

橡膠密封條是包裝箱密封的關(guān)鍵，本文針對已有包裝箱密封膠條壽命短、密封性能不佳的問題，對已有的密封膠條材料和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，研究一種新型結(jié)構(gòu)橡膠密封條，滿足包裝箱長期貯運(yùn)時(shí)的氣密要求。

包裝箱；橡膠密封條；改進(jìn)

0 引言

精密設(shè)備貯存時(shí)要求環(huán)境溫濕度保持在合理范圍內(nèi)，其日常貯存普遍使用專用包裝箱。包裝箱內(nèi)儲存精密設(shè)備時(shí)，箱內(nèi)一般充入干燥的氮?dú)饣蚩諝?。包裝箱氣密指標(biāo)不合格，會導(dǎo)致貯存期內(nèi)包裝箱漏氣，致使環(huán)境中濕氣或霉菌等不利因素進(jìn)入箱體，導(dǎo)致內(nèi)裝精密設(shè)備壽命下降或性能降低。

包裝箱主要有上、下開蓋和端開蓋兩種結(jié)構(gòu)形式，與端開蓋結(jié)構(gòu)的包裝箱相比，上、下開蓋結(jié)構(gòu)的包裝箱，產(chǎn)品進(jìn)、出包裝箱操作方便，占用場地小，但是，由于箱口密封面大，包裝箱密封比較困難。本文主要研究橡膠密封條在上、下開蓋包裝箱箱口平面密封的改進(jìn)。

1 包裝箱箱口常見密封膠條結(jié)構(gòu)

包裝箱箱口密封橡膠密封條主要有“P”型橡膠密封條、“O”型橡膠密封條、復(fù)合橡膠密封條等形式，見圖1?！癘”型橡膠密封條與箱口固定采用粘接劑粘接，后兩種橡膠密封條與箱口固定采用機(jī)械連接方式。

“P”型橡膠密封條結(jié)構(gòu)簡單，一些包裝箱箱口采用此種密封結(jié)構(gòu)，如俄羅斯的施基利包裝箱。包裝箱合箱后，上、下箱口均為平面，不能限制“P”型橡膠密封條的變形方向，膠條上下部位受力相等，但接觸面積不同，膠條上下變形量不同，容易導(dǎo)致氣體從膠條底部泄漏。

“O”型橡膠密封條為常見密封形式。在下箱口加工密封凹槽，“O”型橡膠密封條鑲嵌或粘接在密封凹槽內(nèi)。此種形式密封可靠，但對密封凹槽的加工精度要求高，在大型的箱口面加工密封凹槽較為困難，很難達(dá)到氣密要求的尺寸精度及表面粗糙度。實(shí)際使用過程中，“O”型橡膠密封條的氣密效果不理想。

復(fù)合橡膠密封條由密封體、密封環(huán)兩部分組成。密封體頂部為燕尾槽結(jié)構(gòu)，底部有3處R2突起，密封環(huán)截面為圓柱形，鑲嵌在密封體燕尾槽內(nèi)，包裝箱密封時(shí)，密封體的燕尾槽抑制密封環(huán)的變形，從而對上箱口面起到密封作用，密封體底部R2突起對下箱口面起到密封作用。密封體采用耐老化性、耐臭氧性、耐候性、耐熱性好的三元乙丙橡膠制作，密封環(huán)采用回彈性好，永久變形量小的天然橡膠制作。

復(fù)合橡膠密封條使用初期密封效果較好，隨著使用時(shí)間延長，密封性能下降。主要存在兩方面問題：1）由于密封環(huán)采用天然橡膠，天然橡膠的貯存期一般為2～3年，使用過程中密封環(huán)彈性下降，壓縮變形率大，不能滿足包裝箱橡膠密封條5～6年更換一次的要求；2）使用過程中密封環(huán)發(fā)粘，開箱時(shí)密封環(huán)局部與上箱口平面粘接，導(dǎo)致密封環(huán)與密封體分離，密封環(huán)發(fā)生塑性變形，影響密封效果。

圖1 包裝箱箱口常見密封結(jié)構(gòu)

2 橡膠密封條改型設(shè)計(jì)

2.1 橡膠密封條材料的選用

隨著精密設(shè)備可靠性不斷提高，貯存壽命越來越長，其壽命周期內(nèi)免維護(hù)管理也越來越重要，為此對包裝箱密封壽命提出了更高的要求?，F(xiàn)有包裝箱橡膠密封條一般要求貯存壽命為5～6年，隨著包裝箱要求的不斷提高，要求密封條壽命達(dá)到10年甚至更長，原復(fù)合橡膠密封條密封體材料為三元乙丙橡膠，貯存壽命能夠達(dá)到6年以上，橡膠密封條長期處在壓縮狀態(tài)，乙丙橡膠壓縮永久變形較大，無法保證其長期密封；密封環(huán)材料為改性天然橡膠，易老化，使用壽命較低[1]。

硅橡膠具有高強(qiáng)度、壽命長、低壓變、耐老化等優(yōu)良性能[2]，已廣泛應(yīng)用于社會生產(chǎn)生活中的各個(gè)領(lǐng)域，尤其在國防建設(shè)、尖端科技發(fā)展等領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。鄭有婧根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20028-2005《硫化橡膠或熱塑性橡膠應(yīng)用阿累尼烏斯圖推算壽命和最高使用溫度》[3]中壽命的方法用試驗(yàn)預(yù)測硅橡膠壽命為15至16年[4]?；诠柘鹉z優(yōu)良性能，將密封條材料更換為硅橡膠。

硬度選擇：橡膠密封條使用過程中長時(shí)間受擠壓，易出現(xiàn)裂紋、變形及回彈力下降，因此須提高材料拉伸強(qiáng)度、降低永久變形。硅橡膠硬度可在20°～90°范圍內(nèi)調(diào)整，但通常在40°～60°綜合物性的平衡最好。因此，選擇硅橡膠密封條硬度為50°±5。

根據(jù)硫化硅橡膠的典型性能，確定硅橡膠的物理機(jī)械性能，見表1。

表1 膠料理化性能指標(biāo)

2.2 橡膠密封條結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由原先復(fù)合密封條分體式結(jié)構(gòu)更改為一體結(jié)構(gòu)，確保包裝箱在開箱過程中不會使密封環(huán)與密封體分離。密封條下密封面沿用原密封條結(jié)構(gòu)，但將3道密封線改為4道，提高氣密效果，上密封面設(shè)計(jì)2道密封，包裝箱關(guān)閉時(shí)形成2道密封，確保其氣密性。為減小密封條壓縮力，提高密封條的自適應(yīng)性，密封條為中空結(jié)構(gòu)。原復(fù)合密封條及改型后的密封條分別見圖2、圖3。

圖2 原復(fù)合密封條截面圖

圖3 改型后橡膠密封條截面圖

2.3 改型后工作原理

密封條受壓時(shí)，上，下密封面先開始壓縮，形成多道密封面確保其氣密性，設(shè)計(jì)上密封面齒高2.5mm，下密封面齒高2mm，鋸齒形密封面通常壓縮量為齒高度的一半，壓縮量在2.25mm左右。

當(dāng)包裝箱關(guān)閉后壓縮量大于產(chǎn)品密封齒的壓縮量，開始壓縮產(chǎn)品內(nèi)部壓縮孔，由于中空結(jié)構(gòu)，孔容易產(chǎn)生變形，使其滿足壓縮量要求，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)改變，增加其密封性能。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)變形可以減小材料本身承受壓力，確保長時(shí)間受壓時(shí)密封可靠。密封條工作狀態(tài)示意圖見圖4。

圖4 密封條工作狀態(tài)示意圖

3 橡膠密封條性能測試

3.1 膠料理化性能試驗(yàn)

橡膠密封條膠料按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制作試樣，進(jìn)行各項(xiàng)理化性能試驗(yàn)，檢測結(jié)果見表2，滿足技術(shù)要求。

3.2 橡膠密封條試樣壓縮永久變形試驗(yàn)

壓縮永久變形是衡量密封材料貯存老化性能的考核指標(biāo)[5]。試驗(yàn)截取一段橡膠密封條試樣，采用專用工裝，將橡膠密封條按照在包裝箱上的安裝方式進(jìn)行固定，沿高度方向壓縮25%，在70℃烘箱保溫48h，冷卻后測量橡膠密封條永久變形量。橡膠密封條氣密狀態(tài)下，壓縮量一般為15%～25%，實(shí)測橡膠密封條的最大變形量為6%，滿足氣密要求。

3.3 橡膠密封條成品試驗(yàn)

橡膠密封條安裝在包裝箱上進(jìn)行各種狀態(tài)（貯存狀態(tài)、堆碼狀態(tài)、低氣壓狀態(tài)）下的氣密試驗(yàn)、高溫貯存試驗(yàn)（60℃保溫48h）、低溫貯存試驗(yàn)（-40℃保溫24h），各項(xiàng)試驗(yàn)均滿足包裝箱氣密要求、橡膠密封條外形無明顯變化。

4 結(jié)束語

改型后的橡膠密封條經(jīng)各項(xiàng)試驗(yàn)驗(yàn)證后，各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足氣密要求，提高了包裝箱的氣密性能，延長了使用壽命，降低了維修成本，可應(yīng)用于上、下開蓋包裝箱的箱口密封。

[1] 呂百齡,劉登祥.實(shí)用橡膠手冊[M]化學(xué)工業(yè)出版社,2001,7.

[2] 趙陳超.硅橡膠及其應(yīng)用[M]化學(xué)工業(yè)出版社,2015,9.

[3] GB/T 20028-2005, 硫化橡膠或熱塑性橡膠應(yīng)用阿累尼烏斯圖推算壽命和最高使用溫度[S].

[4] 鄭有婧,黃正安,劉力榮.硅橡膠老化性能研究及壽命預(yù)測[J].塑料工業(yè),2015,43(08):61-64.

[5] 崔俞,馮圣玉,杜華太,龐明磊.橡膠壓縮永久變形性能影響因素分析及研究[J].航天制造技術(shù),2014(03):2-5.

賀漫，1969.9出生，海軍工程大學(xué)碩士畢業(yè)。籍貫浙江寧波。海裝北京局，高級工程師。